[发明专利]用于风力涡轮机的控制方法

说明书

本发明涉及一种控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括附连到转子轮毂的风力涡轮机叶片和用于使所述风力涡轮机叶片相对于所述转子轮毂倾斜的控制系统。该方法包括提供分配给不同风向的尾流区，并提供正常的桨距表以控制所述风力涡轮机的输出参数(例如功率、转速)，所述正常的桨距表包括作为风速以及推力系数C_t和轴感应系数a中的至少一个参数的函数的桨距参考值。此外，提供了修正的桨距表来控制所述风力涡轮机的修正输出参数，所述修正的桨距表包括依赖于风速和推力系数和/或轴感应系数中的至少一个修正参数的桨距参考值。在接收到所述风力涡轮机处的风速和风向的指示时，如果风向落在所述尾流区之外，则根据正常的桨距表确定风力涡轮机叶片的桨距参考值，否则根据修正的桨距表来确定所述桨距参考值。然后根据所述桨距参考值控制所述风力涡轮机。本发明还涉及一种控制风力发电场中的风力涡轮机的方法，其中根据上述控制方法来局部地控制所述发电场中的每个风力涡轮机。

技术领域

本发明涉及控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括附连到转子轮毂的风力涡轮机叶片和用于使风力涡轮机叶片相对于转子轮毂倾斜的控制系统，其中使风力涡轮机叶片相对于转子轮毂倾斜的目的是考虑到对其它风力涡轮机的尾流效应。本发明还涉及控制风电场中的风力涡轮机的方法。

背景技术

涡轮机经常成组安装，或安装在风力发电场中，并同步运行以模仿发电厂的运行状况。在包括多个风力涡轮机的风力发电场中，由于风场的不稳定的湍流性质，单个风力涡轮机在复杂的空气动力环境中运行。另外，由于涡轮机从风中提取能量，它们在其后面产生了通常具有较低风速和较高湍流等级的尾流。出于空间考虑，单个涡轮机之间的距离经常使得涡轮机处于针对特定风向的其它涡轮机的背风区或尾流中。所有在尾流中运行的涡轮机会遇到比厂外环境风速低的风速，以及更多的湍流风。这导致了较低的性能以及更高的疲劳负载。相比于相同数量的单独放置的单个涡轮机的预期总功率，这可看作是风电场的降低的总发电量。体现单个涡轮机的功率曲线和均值或中值风电场功率曲线之间差异的主要“尾流损失”发生在运行状态的部分功率区域(通常风速为3-12m/s)。

此外，尾流损失被看作是取决于大气边界层的状态。取决于大气中的环境温度分布和一天中的时间，大气可分类为中性、稳定分层或对流不稳定。尾流下游的演化取决于大气的状态，因此沿着成排涡轮机的功率分布对于大气状态也是非常敏感的。已经可以看出，不同大气条件下的下游性能可能有大约20％的差异。

虽然风力发电机的“排”的概念很简单，但风的区域经常迫使涡轮机在非结构化的模式下运行，在其中不能限定成排的完全对齐的涡轮机。在这样的风向下，会发生一个涡轮机部分地激发下游涡轮机的情况。

对于较大的风力发电场来说，尾流损失是不可避免的，但选址过程最常见的目标是使通过定位涡轮机来提供最大风能的风向上的尾流损失最小化。然而，由于涡轮机不能移动，在一些风向上最终会出现背风区，造成尾流损失。对于具有相对彼此靠近安装的涡轮机的大农场来说，即使不能避免尾流损失，但损失的幅度可受到选择用于单个涡轮机的运行策略的影响。

目前，涡轮机的运行策略往往集中在根据本地经历的风速和风向优化单个涡轮机。另外，考虑到本地风况的变化和涡轮机内部条件(例如油压和转换器温度)，多年来的许多努力已集中于优化单个涡轮机来产生尽可能多的功率。然而，因为风电场内的各个涡轮机的可能产出在某些情况下彼此依赖，当在给定的风力条件下每个涡轮机产生尽可能多的功率时，风电场的整体产出并非是最高的。相反，已经证明在某些情况下，限制某些涡轮机上的电力生产导致整个风电场具有更高的电力生产。

此外，在一些风力发电场中，通过经由通信的涡轮机间协调并根据一个中央处理单元来控制和调节风力涡轮机。用于风力发电场的已知控制方法包括，在中央处理或控制单元处收集来自发电场的每个风力涡轮机的逐排数据，根据这些数据确定一些涡轮机的潜在尾流条件。对于每一排来说，则可执行一些优化计算来确定所述排的最佳电力生产，然后调整的控制信号发送到每一排中的各涡轮机，以减少所选上游涡轮机的功率输出。由此，该控制依赖于中央控制单元以及涡轮机之间的通信，这使得系统更脆弱、复杂，并涉及在该控制中的一些不可忽略的响应时间或延迟。